控制系统框图-教学设计
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控制系统框图1. 引言控制系统框图是用于描述控制系统结构和组件之间关系的图表。
它通过显示控制系统中各个组件的连接和交互方式,帮助人们理解系统的工作原理和功能。
本文将介绍控制系统框图的基本概念和常用符号,并以一个简单的控制系统框图为例进行说明。
2. 控制系统框图的概念控制系统框图是一种图形化的表示方式,用于展示控制系统中各个组件之间的连接和关系。
它通常包括输入信号、控制器、执行器和输出信号等主要组件。
控制系统框图能够帮助人们直观地了解控制系统的结构和功能,方便进行系统的设计和分析。
3. 控制系统框图的符号控制系统框图使用一些特定的符号来表示各个组件和其之间的关系。
下面是一些常用的控制系统框图符号:3.1 输入信号输入信号通常用一个箭头表示,箭头的起点表示信号的源头,箭头的终点表示信号的目标。
输入信号可以是来自传感器或外部设备的信号,用于控制系统的输入。
3.2 控制器控制器通常用一个方框表示,方框内部可以包含控制器的具体功能描述。
控制器一般用于对输入信号进行处理和决策,并生成输出信号。
3.3 执行器执行器通常用一个圆形表示,圆形内部可以包含执行器的具体功能描述。
执行器用于接收控制器生成的输出信号,并执行相应的动作。
3.4 输出信号输出信号通常用一个箭头表示,箭头的起点表示信号的源头,箭头的终点表示信号的目标。
输出信号可以是执行器生成的动作信号,或者是控制系统的输出结果。
4. 示例控制系统框图下面是一个简单的控制系统框图示例,用于控制房间的温度:输入信号(外部温度)→ 控制器(温度调节器)→ 执行器(加热器)→ 输出信号(房间温度)该控制系统框图中,输入信号为外部温度信号,控制器为一个温度调节器,执行器为一个加热器,输出信号为房间的温度。
控制器根据输入信号判断房间温度的变化,并控制加热器的工作来调节房间温度。
5. 总结控制系统框图是描述控制系统结构和组件之间关系的图表。
它通过显示控制系统中各个组件的连接和交互方式,帮助人们理解系统的工作原理和功能。
一.控制系统结构框架图数据总线由用于RS-485通信的双绞线和一根数据发送允许控制线——使能控制线组成。
示意图如下:当某个PLC需向其他PLC发送数据时,首先判断I0.0是否为高电平,如果为高电平,说明总线处于空闲状态,那么首先将Q0.0输出口导通,把使能找到的电平拉去,如果判断为低电平,则要一直要等到使能线上的电平为高时,才能发送数据,此种方法好处是每个单元都可作为主站或从站,串口数据由固定顺序的4个字节组成(数据1、数据2、数据3、数据4)主控板发送出的数据的含义数据1:主控板标志设定为0xaa数据2:电梯位于的楼层值数据3:电梯的运行方向数据4:电梯预到达的楼层楼层单元板发送数据的含义数据1:单元板标志设定为0x55数据2:乘坐者位于的楼层数据3:乘坐者预到的楼层数据4:乘坐者坐电梯的方向,向上运行设定为0x66,向下运行设定为0x99接受到数据后的运算处理:主控板PLC接收完成一组数据,首先判断数据4的值,若为0x66,时将数据2和数据3的值保存在VB2—VB6的存储器中,方法是:如果数据等于(a),则VB(a)=0×66,若为0×99,则将数据2和3的值保存在VB11—VB15.楼层单元板PLC接收完一组数据后,要先判断数据1的值,若为0xaa说明是主控PLC发来的数据,则把数据2和数据3送给显示模块,判断数据4的值,点亮相对应的指示灯,若为0x55,则说明是楼层单元PLC发来的数据,则判断数据2和数据3的值,点亮相对应的指示灯。
三.电梯运行状态的控制电梯上点后,首先进行自检,包括厅门是否关闭,车厢门是否关闭,电梯是否为于正确的楼层位置,然后电梯自动运行到都正常的状态,(厅门关闭、车厢门关闭,读取到正常的楼层信息)静止下来,等待命令电梯在静止状态时,接收到的楼层单元发来的信息,判断数据2的大小,如果小于电梯位于的楼层值,电梯向下运行,否则电梯向上运行,电梯在运行的状态下,实时接收各楼层单元发来的数据并进行相应的处理,向下运行时,不断检测VB11—VB15,存储器中的值,在到达对应的楼层时停靠,并清零对应的存储器的值,直至VB1为零,电梯暂停,系统开始判断VB2—VB6中是否有存储器的值为0x66,如果有时开始向上运行,到达相应的楼层。
1、图1是一个液位控制系统原理图.自动控制器通过比较实际液位与希望液位来调整气动阀门的开度,对误差进行修正,从而达到保持液位不变的目的。
(1)画出系统的控制方框图(方框内可用文字说明),并指出什么是输入量,什么是输出量。
(2)试画出相应的人工操纵液位控制系统方块图.解:(1)系统控制方框图如图1所示。
如图所示,输入量:希望液位;输出量:实际液位。
(2)相应的人工操纵液位控制系统方块图如图2所示。
希望液位实际液位肌肉、手阀门水箱眼睛图2脑2、图2是恒温箱的温度自动控制系统。
要求:(1)指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用,画出系统的方框图;(2)当恒温箱的温度变化时,试述系统的调节过程;(3)指出系统属于哪种类型?图2 温度控制系统解:(1)被控对象:恒温箱;被控量:温度;电阻丝:加热;热电偶:测温;电位器:比较;电压放大、功率放大:误差信号放大;电机、减速器、调压器:执行部件。
电机减速器调压器(2)设给定温度T0,当T 〉T0时,e 〈0,电机反转,调压器给出电压下降,恒温箱温度T 下降;反之,当T 〈T0时,e>0,电机正转,调压器给出电压上升,恒温箱温度T 上升。
(3)系统属于恒值控制系统。
3、 图3是仓库大门自动控制系统原理图。
(1) 说明系统自动控制大门开闭的工作原理; (2) 画出系统方框图。
图3放大器伺服电动机绞盘关门开关开门开关门u仓库大门自动控制系统原理图、解:(1)工作原理:当合上开门开关时,电位器桥式测量电路产生一个偏差电压信号。
此偏差电压经放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,使大门向上提起。
与此同时,与大门连在一起的电位器电刷上移,使桥式测量电路重新达到平衡,电动机停止转动,开门开关自动断开.反之,当合上关门开关时,伺服电动机反向转动,带动绞盘转动使大门关闭,从而实现远距离自动控制大门开启的要求。
(2)仓库大门自动控制系统原理方框图:。
课题控制系统框图课时1课时教学目标知识与技能:1、学会用框图来描述与表达控制系统。
2、能针对具体的控制系统绘制其控制控制系统框图3、学会运用信息的思想分析控制系统,加深对控制垢技术思想与方法的理解。
过程与方法:掌握从实际的案例中抽象出一般形式的方法。
情感态度与价值观:培养认真、严谨的科学态度。
教学重点难点重点:控制系统的框图表示。
难点:控制过程中的信息与信息流教学方法三阶段九环节教学媒体多媒体课件(ppt)教学过程设计教学过程教学内容学生活动教师活动一、创设情境,新授引入1、教师利用课件展示“双汇瘦精事件”图片,引起同学对于产品质量的重视。
教师结于对整个事件及双汇所进行的质量管理及改进措施进行简单介绍。
质量管理部门有:(1)、产品抽样检测(2)、产品质量分析部(3)、技术管理部(4)、生产管理部改进措施:(1)、生猪逐头检验,确保100%安全(2)、引入第三方检测机构,公开透明接受监督(3)、建立索赔机制把好上游关2、我们如果把双汇产品质量控制看作一个控制过程的欣赏图片,听取教师作相关介绍。
展示图片,并对事件作以简要介绍。
二、自主学习,讨论展示交流三、互相点评合作探究话,结合上节课所学习的内容,对于质量控制过程,其控制系统的组成由哪些环节构成?其各个部门相当于控制系统的哪个环节?3、展示课题,解读本课课标。
1、根据教师下发的导学案,各位同学完成导学案中教师所要求的复习回顾以及预习新知等有关于本课控制系统框图等理论性内容的学习,需时约10分钟。
2、讨论展示小组活动展示、点评分工一栏表1活动题目展示小组点评小组1、你认为该系统的被控制量是什么?你认为该系统的控制量是什么?为什么?1,5 4,72、你认为,构成这个质量管理系统不可或缺的部分有哪些?用控制的思想看,这些组成部分的功能都相当于控制系统哪些部分的功能?2,6 3.83、分析案例中各部门之间的关系,把这种关系用框图连接起来。
3,7 2,64、阅读教材并分析案例,看怎样看控制系统框图能更容易理解。
比较熟悉,容易结合实例理解概念。
在第二个小节中涉及到比较多的概念,诸如通道、闭环、传感器、控制器、执行器等,也应结合实际案例进行讲解,避免枯燥的概念学习,使学生能够将抽象的概念与实际相联系,对控制系统框图的绘制有很大帮助作用。
学情分析学生通过前几次课的学习已对控制系统的基本概念与工作过程有了一定的了解,在分析的过程中绘制过框图,同时通过流程章节的学习对流程图有一定的掌握,具有信息传递的基本知识和体验,也具有观察和使用简单控制系统的生活体验,所有这些知识和经验储备,为教学中师生共同进行案例分析归纳画图,提供了学习行为的保障。
由于很多学生之前没有学过电子课,对传感器、控制器、执行器的具体实例没有太多的认识,因此在学习的过程中可能会产生一些困难,因此在教学中可以结合一些关于传感器、执行器的电子知识使学生更好的理解。
板书设计第三节控制系统框图一、水箱水位控制系统二、控制系统框图的绘制方法1.绘制框图方法①按下面的顺序确定系统各个环节a:被控对象b:执行器c:控制器d:反馈环节②确定被控量(输出量)、控制量、输入量、反馈量和偏差量③用带箭头的直线表示信息在系统中流动、传递的方向④加上比较环节三、控制系统框图中通道与环节的作用1.通道及其作用(结合框图说明)2.环节及其作用(1)传感器(2)控制器(3)执行器(4)比较环节教学环节教师活动学生活动设计意图导入环节复习:空调控制系统是开环系统还是闭环系统?回答问题复习开环和闭环的概念,引入框图新课实践一、水箱水位控制系统分析控制系统的工作过程,根据学生描述画出框图在框图中标出各个组成部分及各量的对应名称:传感器,控制器,执行器,输入,输出,偏差,输出量,控制量,反馈量二、控制系统框图的绘制方法1.绘制框图方法①按下面的顺序确定系统各个环节a:被控对象(关键,是具体的事物)b:执行器c:控制器(一般是控制电路)d:反馈环节(仅闭环系统)②确定被控量(输出量)、控制量、输入量、反馈量和偏差量③用带箭头的直线表示信息在系统中流动、传递的方向④加上比较环节2.绘制的技巧我们看图时,一般习惯自左向右看。
高中通用技术粤教版必修2技术与设计2第四章《第二节二、控制系统的框图表示》优质课公开课教案教师资格证面试试讲教案1教学目标
1、知识与技能
a.通过周边实例的分析,理解控制系统的含义。
b.掌握开环控制系统的基本组成和工作过程,学会开环控制系统方框图的画法。
c.掌握闭环控制系统的基本组成和工作过程,学会闭环控制系统方框图的画法。
2、过程与方法
掌握从实际的案例中抽象出一般式的方法。
3、情感、态度和价值观
培养学生主动分析问题、解决问题的能力。
2学情分析
学生对开环控制和闭环控制已经有了一定的了解,并且具有观察和使用简单控制系统的生活体验,所有这些知识和经验储备,为对控制系统的过程的分析和方框图表示,提供了保障。
3重点难点
重点:掌握控制器、控制量、被控对象和被控量等概念。
难点:弄清楚控制器、控制量、被控对象和被控量等概念。
4教学过程
1【导入】通过游戏了解两种控制系统
在黑板上有两张大脸,“四官俱全”,没有鼻子。
请两位同学上来“填”鼻子,一位同学闭着眼睛画,另一位同学睁着眼睛画。
2【讲授】展示投掷飞镖的控制过程
让学生们了解开环控制系统的控制过程。
3【讲授】展示水塔水位控制系统的控制过程
让学生了解闭环控制系统的控制过程。
4【活动】联系前面所学的控制系统的相关知识,两个例子有什么异同?。
第四章第三节控制系统框图目标:1、学会用框图描述与表达控制系统。
2、能针对具体的控制系统绘制其控制系统框图。
3、学会运用信息的思想分析控制系统,加深对控制设计的技术思想和方法的理解。
重难点:1、系统控制框图的绘制。
2、控制过程中的信息和信息流。
一、知识回顾:1、控制系统的组成:2、二、控制系统框图的绘制方法:1、绘制步骤:①按顺序确定系统各个环节:②③④2、绘制技巧:先画,再画,接着画、,最后画,连线,标注各量。
练一练⑴:画出课本111页图4—12水位自动控制系统的框图三、控制系统框图中的通道与环节的作用1、通道及其作用:2、环节及其作用:传感器:控制器:执行器:随堂练习1、画出开环控制系统和闭环控制系统的方框图学案92、下列说法中,正确的是()A、在控制系统的框图中,闭环控制系统有两个基本通道,即前向通道和闭合回路B、在控制系统的前向通道中,信息流自系统输入量,经控制器到执行器C、在开环系统中,控制器根据传感器直接传送过来的信号,产生输出信号并传送给下一个环节D、执行器是控制器输出信号的执行机构3、在加热炉温度自动控制系统的设计中,下列分析不正确的是A.被控对象是加热炉B.被控量是炉内的温度C.设定量是设定温度D.执行器是加热炉4.如图所示,抽水马桶水箱的控制系统的设计中,下列设计分析不正确的是A.左图出水阀打开,水箱冲水,浮球带动进水阀开启,水箱进水B.右图水箱进水到指定水位,进水阀关闭C.该水位控制过程属于手动控制5、在家用空调器的温度自动控制系统中,下列分析不正确的是A.被控对象是空调房间 B.执行器是制冷制热装置C.输入量是房内实际温度 D.控制器是一种电子或微机控制装置6、闭环控制系统中的反馈环节的主要作用是A.减少输入量的偏差 B.减少输出量的偏差C.消除干扰因素 D.实现自动控制7、家用压力锅的压力控制系统是闭环控制系统,完成其控制系统框图①执行器是,被控对象是,检测装置是。
②框图:8、为了保证奥运期间北京的交通顺畅有序,北京启用了一种智能化的地感线圈,通过它能够感应车流量的多少,使红绿灯指挥更加智能化。
第二节控制系统的基本组成与工作过程教学目标:1、建立控制实施的工作过程(针对开环控制和闭环控制)的经验或体验。
2、清楚一般控制系统的组成要素,熟悉简单控制系统的工作过程。
3、掌握控制过程的一般描述方法。
4、感觉、体验控制设计的一般思想方法和技术方法。
重难点:1、区别开、闭环信息流的传递方式。
2、控制过程分析。
课时安排:2课时。
知识提纲:1、控制系统组成:传感器、控制器、执行器、被控对象。
2、控制系统分类:开环控制系统、闭环控制系统。
3、控制系统框图:各环节、输入量、输出量。
教学思路:1、组成结构。
2、开环分析。
3、闭环分析。
4、两环比较。
5、习题巩固。
教学过程:新课导入:[师] 同学们好,上节课我们学习了第一节,从控制效果的角度对控制系统做了大概的了解。
有些自动控制系统能扮演人的角色,完成一些功能。
同学们可能在电视里看过,或是亲身经历过,在一些高级的饭店,或是其它一些场合,有专门的服务员在门口替人开门:当客人靠近时,把门打开,客人通过后,再把门关上。
有些饭店为了节省成本,不请专门负责开门的服务员,怎么办?那就装个自动门,这个自动门具有与这个服务员一样的作用:没人时,门关闭,有人靠近时,自动打开让人通过,一段时间后自动关闭。
这个门是怎样实现这个功能的呢?或者说,自动门的工作过程是怎样的呢?这个知识我们这节课就要学到。
今天我们来学习第二节:控制系统的基本组成与工作过程。
新课教学:[师] 自动门系统由四个子系统组成:传感器、控制器、执行器(电动机)、被控对象(门)。
[师] 当有人到达门前某一距离时,传感器感知,发出“有人”的信号,控制器接到传感器传来的信号后,经变换放大后传给执行器(电动机),电动机根据传来的开门信号转动,门(被控对象)被打开,控制器保持开门信号延时设定的时间后,自动发出关门信号,电动机反转,门重新关闭。
与人类比,传感器相当于眼睛,判断有没有人要通过;控制器相当于人脑,根据眼睛传来的信号下达指令;执行器相当于人手,把门打开。
第四节自动控制系统方块图一.方块图的基本单元l.方块任何被研究的对象,如果可以抽象地用输入该对象的信号或变量以及从该对象输出的信号或变量表达时,就可以运用方块图方法中的方块来描述(下图)。
2.信号比较器一般采用符号“○”代表信号比较器。
如果信号线旁不带运算符号“+”或“-”,则默认为“+”。
3、信号分支点方块图中的信号分支,只要在信号线上任意点引出即可,分支点上的信号与原来的信号完全相同,如下图。
二、反馈原理反馈就是把系统的输出信号回送到系统的输入端并送加到输入信号中。
反馈分为正反馈和负反馈两种类型。
使输出信号与给定值的差趋于减小,这样的反馈称为负反馈,这样的系统称为负反馈系统。
几乎所有的自动控制系统都是负反馈控制系统。
三、传递函数为了描述控制系统中每一个部分或整个系统的输入变量与输出变量之间的关系,最常用的就是传递函数。
四、方块图的应用典型的简单反馈控制系统方块图如下图所示。
第五节控制系统分类一、各种分类的方法(l)如果按被控变量可划分为:温度、压力、液位、流量和成分等控制系统。
这是一种常见的分类。
(2)如果按被控系统中控制仪表及装置所用的动力和传递信号的介质可划分为:气动、电动、液动、机械式等控制系统。
(3)如果按被控制对象可划分为:流体输送设备、传热设备、精馏塔和化学反应器控制系统等。
(4)按调节器的控制规律可划分为:比例控制、积分控制、微分控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制等。
(5)按系统功能与结构可划分为:单回路简单控制系统;串级、比值、选择性、分程、前馈和均匀等常规复杂控制系统。
(6)按给定值的变化情况可划分为:定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
第六节自动控制系统的过渡过程及品质指标一、瞬态响应分析方法瞬态响应分析方法的基本做法是:给系统输入各种不同的典型信号,观察并分析系统的响应曲线。
1、静态与动态静态是指该变量不随时间而变化的某个平衡状态;动态是指该变量随时间而变化的不平衡状态。